2020年初,一场突发的新冠肺炎疫情在全球暴发蔓延,给人们的健康和生活带来极大威胁,让人们对于生命健康和安全的理解及认识有了前所未有的深刻和重视。生命科学、人类健康以及国家经济社会的发展使得对分析化学的挑战和需求日渐凸显,生命分析化学显示出越来越重要的意义和价值。电化学发光（Electrochemiluminescence,ECL）作为一种电化学与化学发光相结合的分析技术,具有灵敏度高、线性范围宽、分析速度快等优点,受到研究者的青睐。性能优良的ECL活性材料,结合新型信号放大策略,构建高灵敏、高选择性的ECL传感平台并开展生命分析化学应用研究,展现出广阔的发展前景,具有重要的意义。本论文合成了系列具有优良ECL性能的g-C₃N₄基纳米复合材料(如g-C₃N₄-MnO₂、g-C₃N₄-Ag、g-C₃N₄-Cd²⁺、g-C₃N₄-CoOOH纳米复合材料),巧妙结合高效共振能量转移（RET）、刻蚀反应、氧化还原循环放大等信号放大技术,发展了系列ECL传感新平台,实现了生物活性分子如谷胱甘肽（GSH）、白细胞介素-6（IL-6）等的灵敏、准确检测。主要创新点和研究内容如下:1.基于g-C₃N₄/MnO₂二维/二维异质结的电化学发光共振能量转移传感器的构建及谷胱甘肽的灵敏检测能量转移效率是构建灵敏、高效ECL-RET传感器的关键因素,然而却强烈依赖于RET供受体两者之间的距离。本章以g-C₃N₄纳米片（g-C₃N₄ NSs）为能量供体,MnO₂纳米片（MnO₂ NSs）为能量受体,发展了一种新型的、高效的g-C₃N₄/MnO₂ 2D/2D异质结中的ECL-RET体系。在该体系中,MnO₂ NSs原位生长在g-C₃N₄ NSs上,形成2D/2D异质结构,有效缩短供-受体（g-C₃N₄-MnO₂）之间的距离,显著提高RET效率。为验证该体系的性能,设计了一种信号关-开（“off-on”）型ECL传感器并用于对GSH的灵敏检测。在没有GSH存在时,g-C₃N₄与MnO₂两者之间发生高效RET,g-C₃N₄的ECL信号被猝灭,表现为“signal off”;当GSH存在时,GSH与MnO₂发生氧化还原反应,破坏g-C₃N₄与MnO₂两者之间的RET,g-C₃N₄的ECL信号得以恢复,表现为“signal on”。基于以上原理实现了GSH的灵敏检测,线性范围为0.2μmol/L–100.0μmol/L,检出限为0.05μmol/L。此外,该传感器成功应用于人血清样品中GSH的测定,加标回收率为87.0–112.0%,相对标准偏差（RSDs）不大于6.6%。该方法为ECL生物传感分析的研究提供了新思路。2.基于g-C₃N₄-Ag纳米复合结构的高效电化学发光共振能量转移免疫传感器的构建及白细胞介素-6的灵敏检测发展了一种基于发光材料与贵金属纳米粒的新型、高效ECL-RET体系。在该体系中,发光材料（g-C₃N₄ NSs作为RET供体）与贵金属纳米粒（Ag NPs作为RET受体）被巧妙地结合在一个纳米结构中,减少RET供受体能量传递过程中的能量损失,显著提高RET效率。为了证明该体系在ECL生物分析中的应用,以IL-6为目标物,构建了一个劈裂式（split-type）ECL免疫传感器。当IL-6存在时,以葡萄糖氧化酶、抗IL-6偶联的二氧化硅纳米粒（anti-IL-6-SiO₂-GOx）作为信号探针,在96孔板中构建夹心免疫反应。探针携带的GOx催化葡萄糖产生H₂O₂,H₂O₂刻蚀g-C₃N₄-Ag纳米复合结构中的Ag NPs,破坏了g-C₃N₄和Ag之间的ECL-RET,从而恢复了体系的ECL信号。一个纳米结构中的高效ECL-RET结合酶诱导H₂O₂刻蚀调控,实现了IL-6的高灵敏检测,线性范围为1.0×10^-13–1.0×10^-8 g/mL,检出限为3.2×10^-14 g/mL,为基于发光材料与贵金属纳米粒的ECL-RET体系的研究开辟了新的路径。3.基于Cd²⁺掺杂g-C₃N₄纳米片的双波长比率型电化学发光传感器的构建及H₂S的灵敏检测ECL比率分析是基于两个ECL信号比值实现目标物定量检测的一种分析方法,能有效避免假阴性、假阳性错误,从而提高目标物检测的灵敏度和准确度。然而,ECL材料发光强度和发光位置的选择限制了比率分析的应用,探索开发合适的比率材料仍是个挑战。本章基于Cd²⁺掺杂g-C₃N₄ NSs,构建了一个灵敏、准确检测H₂S的双波长比率型ECL-RET传感器。Cd²⁺掺杂g-C₃N₄ NSs在435 nm表现出一个强的ECL发射。当目标物H₂S存在时,S^2-与Cd²⁺结合,在g-C₃N₄片上生成发光试剂CdS,515 nm处会另外产生一个ECL发射;目标物越多,生成的CdS越多,515 nm处的ECL信号越强。同时,g-C₃N₄的发射光谱与生成的CdS的吸收光谱重叠,两者之间能够发生RET,导致435 nm处g-C₃N₄的ECL信号被猝灭。基于435 nm ECL信号的猝灭和515 nm ECL信号的增强,设计了双波长比率ECL-RET体系。以ECL_{435 nm}/ECL_{515 nm}为定量分析基础,实现了H₂S的灵敏、准确检测,线性范围为0.05μmol/L–100.0μmol/L,检出限为0.02μmol/L。将此双波长比率型ECL-RET传感器应用于人血清样品中H₂S的检测,加标回收率为80.0–106.0%,RSDs不大于7.4%。该工作对原位生成发光试剂的双波长比率型ECL-RET传感器进行了研究,为基于比率型ECL传感平台的发展提供了新的方向。4.基于化学-化学氧化还原循环的超灵敏电化学发光生物传感器的构建及肌红蛋白的灵敏检测首次将化学-化学（CC）氧化还原循环引入ECL体系,并结合高效RET信号放大机制,构建了超灵敏劈裂式ECL免疫传感平台。原理如下:将RET供体g-C₃N₄与RET受体CoOOH结合在一个纳米结构中,形成g-C₃N₄-CoOOH纳米复合物,显著缩短供受体之间的距离,减少能量损失,提高RET效率,体系的ECL信号被猝灭。在96孔板中构建夹心免疫反应,碱性磷酸酶（ALP）催化生成AA（信号物种）,AA与CoOOH两者发生氧化还原刻蚀反应,一方面CoOOH被还原变为Co²⁺,破坏g-C₃N₄与CoOOH两者之间的RET,体系的ECL信号恢复;另一方面,AA被氧化变为脱氢抗坏血酸（DHA）。接着在体系中引入Tris[2-羧乙基]盐酸膦（TCEP,还原剂）,TCEP还原DHA再生为AA,再生的AA继续刻蚀CoOOH,由此形成CC氧化还原循环,实现信号放大。以肌红蛋白（Myo）为目标物,CC氧化还原循环与高效RET巧妙结合,实现了超灵敏劈裂式ECL免疫分析,线性范围为5.0×10^-13–1.0×10^-7 g/mL,检出限为2.0×10^-13 g/mL。此外,该方法成功应用于人血清样品中Myo的测定,结果与信阳市中心医院检测结果吻合,加标回收率为90.0–108.0%,RSDs不大于8.5%。该工作为氧化还原循环的拓展研究提供了新的思路,为超灵敏ECL生物分析提供了新视角。